IHX一次侧入口温度控制系统Word下载.docx

IHX一次侧入口温度控制系统Word下载.docx

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例如，对于常见的池式快堆堆芯，入口温度的变化将对堆芯冷却剂池的温度产生最显著地扰动，进而引起堆芯反应性的扰动；

IHX中一次侧进口温度的变化往往也会引起堆芯入口温度偏离设定值。

即便是对于具备自稳能力的IHX系统，其往往无法有效消除扰动量，系统的运行参数最终也会随之偏移设定值。

对于本文研究的IHX而言，我们通过系统模型的建立，以上述的控制策略为基础，在simulink中得到其系统带有反馈信号的动态模块结构，如图0所示。

图0简化的IHX动态模块结构

其中，

，表示一次侧入口扰动量从出现到对一次侧出口温度产生影响之间的惯性环节，并伴随相应的时间延迟；

，表示IHX中从二次侧流量改变到对一次侧出口温度产生影响之间的惯性环节，并伴随相应的时间延迟。

现假设反应堆运行在稳态工况，堆芯入口温度仍为设定值

，使IHX一次侧入口温度发生20℃的扰动偏移量，观察系统的动态响应，如图00所示.

图00具有反馈信号的IHX一次侧出口温度动态特性

从图00中的动态响应结果可以看出，以二回路冷却剂流量的调节为手段，并将一次侧出口温度维持恒定作为控制目标的IHX动态系统具有一定的自稳能力，对于20℃的扰动系统能够在约30s的时间内将一次侧入口温度维持在新的稳定值。

但是，这远远不能满足无差控制的要求。

图00的结果显示，20℃的扰动使得堆芯入口温度将发生将近6℃的偏移量，这对于安全性要求极高的反应堆系统而言是不能接受的。

所以，必须针对IHX的动态特性设计出能满足系统安全稳定要求的控制系统。

1.反馈控制系统

此处，假设IHX一回路出口温度

与堆芯冷却剂入口温度

相等。

将堆芯入口温度

的测量值与设定值进行比较，得到的温度偏差信号

作为控制器的输入信号，经过PI控制器之后，转化为电压信号。

电压信号被送往二回路电磁泵调节泵的转速，从而改变二回路流量

。

二回路流量改变使得一回路温度跟着发生变化，最终一回路侧出口温度将逐渐稳定在设定值附近。

反馈控制的simulink模块结构如图1所示。

图1IHX二回路流量控制系统simulink模块结构图

IHX中一回路入口温度的改变将作为堆芯入口温度的扰动信号引入控制系统。

一阶环节的时间常数参考相关文献设定。

PI控制器的参数整定采用常用的稳定边界法（文献：

基于MATLAB/Simulink环境下的PID参数整定）。

图1中的PI控制器经过整定后的比例、积分时间常数分别为：

=2.527；

=5.52

为了检验该控制系统对系统调节要求的响应特性，做如下几个工况下的验证：

1）假设堆芯入口温度设定值阶跃升高30℃，IHX入口扰动温度升高20℃（即代表堆芯功率的升高）。

此时控制系统的动态响应曲线如图2所示。

图2堆芯入口温度30℃阶跃时控制系统的动态响应

从图2中可以看出，虽然堆芯入口温度设定值发生了30℃的阶跃变化，但是系统超调量仍然很小，经过大约35s的时间控制系统将堆芯入口温度稳定在新的设定值。

2）假设堆芯温度设定值阶跃增加50℃，IHX一次侧进口温度增加50℃，系统动态响应如图3所示。

图3堆芯入口温度50℃阶跃时系统动态响应

（分析略）

3）堆芯入口温度保持不变，IHX一次侧入口温度发生50℃阶跃扰动，动态响应如图4所示。

图4IHX一次侧入口发生50℃扰动时控制系统的动态响应

4）堆芯出口温度100℃大阶跃变化时，控制系统动态响应如图5所示。

图5IHX一次侧入口发生100℃温度变化时控制系统动态响应

总结，该控制系统对于运行在稳定工况的IHX而言，基本可以满足控制目标，而且控制过程也相对比较简单，系统响应时间在可接受的范围内。

但是对于比较剧烈的温度阶跃，系统仍存在较大的超调，这对于堆芯内部构件的保护是不利的。

下面考虑在反馈的基础上加入前馈信号，以达到减小系统超调，加速系统稳定的目的。

2.前馈-反馈控制系统

由于IHX一次侧入口温度的扰动总是会对二回路温度及堆芯钠池温度造成比较大的影响，所以考虑将一次侧入口温度变化量作为扰动信号的同时，作为一个前馈信号引入控制系统。

控制系统流程如图6所示。

图6IHX二回路流量前馈-反馈控制流程图

根据无偏差控制的要求，可知有：

成立，即

根据上述设计的控制原理，可以在simulink中得到相应的控制系统模块结构，如图7所示。

图7IHX二回路流量前馈-反馈控制模块结构图

控制效果及分析

为了与前述的PI控制器比较控制结果的优劣，控制系统的输入参数设定与前述PI控制器的相同。

1）假设堆芯入口温度设定值阶跃升高30℃，IHX入口扰动温度升高20℃，此时的控制系统动态响应如图8所示。

图8堆芯入口温度设定值30℃阶跃时控制系统动态响应

从图8中可以看出，系统的超调振荡已经消失，大约经过35s的系统控制调节，堆芯入口温度最终稳定在新的设定值，整个动态过程不存在超调。

2）假设堆芯温度设定值阶跃增加50℃，IHX一次侧进口温度增加50℃，系统动态响应如图9所示。

图9堆芯入口温度设定值50℃阶跃变化时控制系统的动态响应

（对比分析略）

3）保持堆芯入口温度设定值不变，IHX一次侧入口温度发生50℃扰动量，系统动态响应如图10所示。

图10IHX一次侧入口温度发生50℃扰动时控制系统的动态响应

（对比分析：

最大超调量减小了将近2/3，系统调整时间也比PI控制系统减小了很多。

）

4）堆芯出口温度100℃大阶跃变化，堆芯入口温度设定不变，控制系统动态响应如图11所示。

（对比分析：

从图中动态曲线的对比可知，具有前馈-反馈控制器的控制系统即便是在发生100℃较大的扰动时，其控制系统最大超调仍然比没有前馈控制环节的控制系统减小近50%，这充分说明前馈-反馈控制系统较之PI反馈控制系统的优越性。

PI反馈控制与前馈-反馈控制系统动态性能的比较：

1）假设堆芯入口温度设定值阶跃升高30℃，IHX入口扰动温度升高20℃

其中FF-FB表示前馈-反馈控制系统结果；

FB表示单反馈控制系统的结果（下同）。

2）堆芯入口温度阶跃50℃，IHX一次侧入口温度扰动量为50℃。

3）堆芯入口温度设定值不变，扰动量增加50℃。

4）堆芯入口温度不变，扰动量增加100℃。

结果分析：

系统动态调节时间受系统自身热惯性的制约，这是控制系统无法改变的动态变量。